有源电阻无源器件.pptx

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1、MOS器件物理MOS管交流小信号模型MOS管低频小信号模型小信号是指对偏置的影响非常小的信号。由于在很多模拟电路中，MOS管被偏置在饱和区，所以主要推导出在饱和区的小信号模型。在饱和区时MOS管的漏极电流是栅源电压的函数，即为一个压控电流源，电流值为gmVGS，且由于栅源之间的低频阻抗很高，因此可得到一个理想的MOS管的小信号模型，如图所示。MOS管交流小信号模型其中（a）为理想的小信号模型。实际的模拟集成电路中MOS管存在着二阶效应，而由于沟道调制效应等效于漏源之间的电阻ro；而衬底偏置效应则体现

2、为背栅效应，即可用漏源之间的等效压控电流源gmbVBS表示，因此MOS管在饱和时的小信号等效模型如图(b)所示。上图所示的等效电路是最基本的，根据MOS管在电路中不同的接法可以进一步简化。(a)(b)MOS管交流小信号模型MOS管高频小信号等效电路在高频应用时，MOS管的分布电容就不能忽略。即在考虑高频交流小信号工作时必须考虑MOS管的分布电容对电路性的影响，所以MOS管的高频小信号等效电路可以在其低频小信号等效电路的基础上加入MOS管的级间电容实现，如图所示。MOS管交流小信号模型不同工作状态（截

3、止、饱和、线性）时MOS管的分布电容值不同，因此若进行详细的计算比较困难，但可以通过软件模拟进行分析。另外，在高频电路中必须注意其工作频率受MOS管的最高工作频率的限制（即电路的工作频率如高于MOS管的最高工作频率时，电路不能正常工作）。有源电阻MOS管的适当连接使其工作在一定状态（饱和区或是线性区），利用其直流电阻与交流电阻可以作为电路中的电阻元件使用。MOS二极管作电阻MOS二极管是指把MOS晶体管的栅极与漏极相互短接构成二端器件，如图所示。有源电阻由上图可知，MOS二极管的栅极与漏极具有同的电

4、位，MOS管总是工作在饱和区，根据饱和萨氏方程可知其转移特性曲线（漏极电流－栅源电压间的关系曲线）如下图所示。NMOS　　　　　　　　　　　PMOS有源电阻(1)直流电阻此时NMOS管的直流电阻为：PMOS管的直流电阻为：由以上两式可以发现：MOS二极管的直流电阻与器件的尺寸相关，并且还取决于VGS的值。有源电阻（二）　交流电阻交流电阻可以视为MOS管的输出特性曲线在VDS＝VGS时的斜率，对于理想的情况，即忽略沟道调制效应时，其值为无穷大。考虑沟道调制效应时，交流电阻是一有限值，但远大于在该工作点

5、上的直流电阻，且其值基本恒定。有源电阻1）忽略衬底偏置效应首先根据饱和萨氏方程，可得到其电压与电流特性：则有：上式说明当流过三极管的电流确定后，MOS管的二端压降仅与几何尺寸有关。有源电阻再根据MOS二极管的低频小信号模型，有：V1＝V和I＝V/ro＋gmV。所以小信号工作时MOS二极管可近似为一个两端电阻，其值为：由上式可以看出：二极管连接的MOS管的交流电阻等于其跨导的倒数，且为一非线性电阻。但由于在模拟电路中一般交流信号幅度较小，因此，在直流工作点确定后，可以认为其值为一恒定值。有源电阻2）考

6、虑衬底偏置效应如果考虑体效应，如下图（a）所示，由于衬底接地电位，则有：V1＝－V，Vbs＝－V，其等效电路如下图（b）所示。（a)(b)有源电阻根据KCL定理，由上图（b）可以得到：所以此时的等效电阻为：上式即为考虑了衬底偏置效应与沟道调制效应的小信号电阻，由上式可知：在考虑衬底效应后，从M1的源端看其阻抗降低了。有源电阻2MOS管的栅极接固定偏置根据MOS管的栅极所接的固定偏置的大小不同，MOS管可工作于饱和区与三极管区。在实际应用中，根据输出端不同，又可分为漏输出与源输出两类工作方式。有源电阻

7、1）漏输出，源极交流接地VGS是固定的，当MOS管的漏源电压大于栅极的过驱动电压时，MOS管工作于饱和区，忽略沟道调制效应时，其阻值为无穷大，但实际阻值应考虑沟道调制效应，可用饱和萨氏方程求出：而当漏源电压小于栅极过驱动电压时，MOS管工作于三极管区，此时的等效输出电阻为：有源电阻2）源输出，漏极交流接地此时栅源电压随输出电压变化，当MOS管工作于饱和区时，其输出电阻为1/gm；而当MOS管工作于三极管区时，其输出电阻值为：式中的gm为器件跨导，而gd则为器件导纳。且有：所以此时的输出电阻值较小。有

8、源电阻总之，当MOS管在电路中作有源电阻时，一般栅接固定电位（接漏是一种特例），这时根据栅电压大小来判定MOS管的工作区域（饱和区与三极管区），另外，输出的端口是源端或是漏端，其呈现的阻抗也不同。无源器件在模拟集成电路中的无源器件主要是指电阻、电容等，精密的电阻、电容是MOS模拟电路设计所要求的主要基本元件，电阻或电容在电路应用中最关键的是要提供精确的元件值，但在大多数情况下，电阻或电容的绝对值不如它们的比值那么重要。无源器件电阻电阻是模拟电路的最基本的元件，在集成电